Qué son los gemelos digitales y por qué pueden ser el futuro de la medicina
Varios científicos ya tienen copias exactas de órganos de sus pacientes en sus computadoras, donde pueden predecir comportamientos extraños, prevenir enfermedades y brindar el mejor tratamiento existente
Aunque suena a ciencia ficción, investigadores de todo el mundo ya trabajan en esa tecnología y son varios los ejemplos que se han alcanzado en los últimos años gracias a la inteligencia artificial y a las supercomputadoras que procesan millones de datos en segundos.
Como por ejemplo el del Hospital Universitario de Heidelberg, en Alemania, donde reposa una réplica exacta de un corazón real de un paciente que se ve y palpita igual que el original, pero además, célula por célula, y músculo por músculo, es idéntico al verdadero. Básicamente es un gemelo de su corazón, pero la particularidad es que vive y “respira” sólo a través de la pantalla.
O el proyecto que encaró como propio el doctor Steve Levin cuando su hija nació con una cardiopatía congénita y decidió recrear su corazón en realidad virtual. Una tecnología que ahora intenta ayudar a niños con enfermedades cardíacas raras y difíciles de tratar. Levin creó el proyecto Living Heart de la empresa Dassault, que ha logrado crear un modelo virtual preciso del corazón humano que se puede probar y analizar, lo que permite a los cirujanos representar una serie de escenarios hipotéticos para el órgano, utilizando diversos procedimientos y dispositivos médicos.
Estos gemelos digitales son prototipos computacionales extremadamente detallados que simulan las características y el comportamiento de su equivalente físico y que pueden aplicarse en una gran variedad de campos y situaciones. Los gemelos digitales (o digital twins) son una de las tendencias tecnologías más llamativas de los últimos años ya que prometen tener una gran variedad de aplicaciones.
Gracias al internet de las cosas (IoT), estas copias están vinculadas al mundo físico y ofrecen información del mismo en tiempo real. De hecho, existen ya grandes corporaciones como Digital Twin Consortium de Estados Unidos, que aplican esta tecnología a distintas áreas como la aeroespacial y defensa, recursos naturales, construcción y ciudades inteligentes, manufacturing o proceso de fabricación y el cuidado de la salud.
El ejemplo más reciente es el que tiene lugar en Barcelona, entre los muros de una capilla del siglo XIX, donde un corazón virtual, con sus 100 millones de parches de células simuladas, es un gemelo digital completamente funcional de la anatomía humana, que bombea a un ritmo pausado mientras prueba distintos tratamientos, desde medicamentos hasta implantes. Un gemelo digital no es un avatar en el metaverso, tampoco una clonación genética. Un gemelo digital es una representación informática de la realidad y su contexto. Así se puede simular cómo va a reaccionar y tomar decisiones.
Este gemelo digital pulsa por ejemplo, dentro de MareNostrum, una supercomputadora utilizada por científicos para simular características del mundo real al más mínimo detalle, desde cómo se mueve el corazón hasta los átomos cargados que entran y salen de sus células. Su funcionamiento digital está comenzando a ayudar a los médicos a predecir cómo responderá un corazón verdadero de un paciente a un tratamiento particular. Los expertos que están involucrados en estos proyectos piensan que la actual medicina está atrasada y que este esfuerzo mundial para crear células, tejidos y órganos virtuales es algo revolucionario de la medicina moderna.
Actualmente, los médicos tratan de descubrir cuál es el mejor tratamiento para sus pacientes evaluando ensayos clínicos anteriores en sujetos que son un poco como sus pacientes presentes, en circunstancias similares pero no idénticas. Sin embargo, ya los médicos pueden usar gemelos digitales, que ven el intercambio de datos y conocimientos entre un ser humano real y virtual, para predecir mejor lo que les espera a los pacientes, ayudando a lo que es en su mayoría una talla única. -todo enfoque evoluciona hacia uno verdaderamente predictivo y personalizado.
Volviendo al ejemplo alemán en Heidelberg, los científicos recopilaron millones de datos de un corazón a partir de una serie de exámenes de resonancia magnética, tomografías computarizadas, entre otros procedimientos que se hizo el paciente en varios chequeos de hospital. Luego, con cada nuevo dato, un programa dotado con avanzada Inteligencia Artificial (AI) formó redes neuronales que permitieron moldear un modelo fisiológico del órgano a multiescala.
Su función básicamente es llevar un registro actualizado de los latidos, la presión arterial, la respiración, y cualquier otro dato relevante del corazón del paciente para predecir con más exactitud sus riesgos a futuro. Esto es posible gracias a que los datos recolectados por la AI pueden contactarse instantáneamente a la nube. Y si el médico lo requiere pueden contrastarse con estudios científicos alrededor del mundo, pues por medio de algoritmos la tecnología reconoce patrones comunes, aplica lo aprendido y ofrece análisis predictivos.
“Podríamos predecir con semanas o meses de anticipación qué pacientes se enfermarán o cómo reaccionará un paciente en particular a cierta terapia. Eso podría revolucionar la medicina”, señaló el cardiólogo Benjamin Meder, quien ha hecho pruebas con el software digital del corazón, en el Hospital Universitario de Heidelberg. La ciencia ha probado con éxito esta tecnología en otros casos. En 2017, por ejemplo, fue posible realizar la separación exitosa de dos hermanas siamesas en la Universidad de Minnesota gracias a la navegación en realidad aumentada que sirvió para identificar los defectos anatómicos antes de intervenirlos.
Historia de los órganos virtuales
Desde la década de 1950 que los órganos virtuales vienen pensándose. Un trabajo realizado por los científicos británicos Alan Hodgkin y Andrew Huxley que estudiaron cómo se propagan los impulsos nerviosos en un calamar fue el puntapié de la avanzada médica de hoy. Sus estudios le valdrían un premio Nobel a los expertos.
En 1959, un joven científico inglés, Denis Noble, comenzó a aplicar los conocimientos de Hodgkin y Huxley a las células del corazón. Se dio cuenta de que le llevaría meses usar una calculadora de manivela para calcular lo que sucede durante medio segundo en una sola célula cardíaca y, como resultado, recurrió al Ferranti Mercury, una computadora de válvula en Bloomsbury, Londres, que pesaba una tonelada y podía hacer 10.000 operaciones de coma flotante cada segundo.
Hoy la situada en Barcelona, llamada MareNostrum gestiona 1000 millones de millones. Después de unas pocas semanas, Noble trazó los resultados de un teleimpresor y se sorprendió al ver que la célula de su corazón virtual estaba “latiendo”. Eso lo llevó a mudarse a Oxford en 1963 y perfeccionar su modelo de células cardíacas con colegas, como el neozelandés Peter Hunter. Para la década de 1980, tenían una comprensión razonable de las actividades eléctricas, químicas y mecánicas involucradas en la contracción de una sola célula cardíaca, resumida en alrededor de 30 ecuaciones.
